北洋工学院流体力学发展

北洋工学院流体力学发展【摘要】北洋大学创建自1895年，1920年起进入专办工科时期，名称也更改为北洋工学院，1937年“七七事变”后由于战乱原因西迁，经历西安临时大学时期，后与其他工学院联合组建西北联大工学院。本文以在北洋工学院之后其流体力学发展的角度对教师队伍、科研工作等进行了简要的梳理，体现了其在当时进行流体力学相关教育教学的较高水平。【关键词】北洋工学院；西北工学院；水力学；空气动力学；流体力学0导言19世纪末期，西方的先进科学技术与中国当时在现代技术上的落后形成了显明的对比，西方国家用洋枪利炮打开了中国的国门，促使社会上开始了学习西方先进科学技术的洋务运动。1895年盛宣怀开办了中国近代第一所新式大学北洋大学。根据盛宣怀在光绪二十一年即1895年提交的拟设天津中西学堂章程禀（附章程、功课）中所记录的头等学堂功课，专门学科包括工程学、电学、矿物学、机器学以及律例学，其中工程学专教演习工程机器，测量地学，重学，汽水学，材料性质学，桥梁房顶学，开洞挖地学，水力机器学1。1900年校舍被德军占领，而后于1903年在新建的校舍复课，分设了法律、土木工程、采矿冶金三个学门，机械工程学门停办，土木学门中设有材料学及材料强弱实验、热机关学、电气工程学、物理地质学、工程地质学、测地学、钢骨混凝土学及设计、地图地形和经纬线的各种绘图法、透视画、砌工学、机械学原理及设计、机械工厂实习、水利机械学及实验、房屋结构学、铁道曲线和土方工程学、铁道结构学及设计、铁道工程学、电气铁道工程学、道路工程学、水利工程学、卫生工程学、桥梁工程及设计、冶金制器学、工程法制、工程经济学。2其中水利机械学及实验、水利工程学、桥梁工程及设计等部分课程，虽然没有明确表明流体力学，但是在讲授和应用的过程中均需要涉及流体力学的相关知识。1920年6月起，北洋大学的法科停办，开始进入专办工科时期。1925年北洋大学将采矿和冶金两个学门合并，成为采矿冶金学门，并恢复机械工程学门，此时共有三个学门。1928年7月31日，北洋大学更名为“北平大学第二工学院”，1929年7月26日，根据南京国民政府颁布的大学组织法，将只剩下工科的北洋大学（北平大学第二工学院）暂更名为“国立北洋工学院”，同年原来的各个学门改成为学系，所以有矿业工程学系、土木工程学系和机械工程学系三个。1933年筹建水利工程的科目或者学系，并于1934年起，将土木工程学系的四年级分为两个工程组，分别是普通土木工程组和水利卫生工程组。另一与流体力学相关的是航空工程方面，在1935年时机械工程学系分设两个工程组，分别是机械工程组和航空工程组。至此，北洋工学院在流体力学方面的教育教学的开展变得更加显化，著名的流体力学家张国藩3教授也正是在1935年8月来到北洋工学院，接受了时任北洋工学院院长李书田4的聘请，担任相关科目的教授。1937年“七七事变”，日本发动了全面的侵华战争，使得我国东北、华北等地局势严峻。教育部考虑到当时严峻的情况，商议将华北的各大高校内迁，于1937年9月10日发布第1舒新城中国近代教育史资料M北京人民教育出版社，19811371382北洋大学天津大学校史编辑委员会北洋大学天津大学校史M天津天津大学出版社，1990863张国藩（19051975），字铁屏，湖北安陆人，著名教育家、力学家、物理学家，中国工科高等教育事业的先驱者，中国科学工作者协会发起人之一，中国最早从事湍流研究的学者之一。4李书田（19021988），字耕砚，河北昌黎人，工程学家，1923年毕业于北洋大学土木系，后于康奈尔大学获得土木学博士学位，历任交通大学唐山工学院、北洋工学院等高校院长，1933年时首创“对数图解河水流量计算法”。16696号令，以“北京大学、清华大学、南开大学和中央研究院的师资设备为基干，成立长沙临时大学。以北平大学、北平师范大学、北洋工学院和北平研究院等院校为基干，设立西安临时大学。”5西安临时大学时期，设立文理、法商、工、农、医六个学院，共二十三个系6。西安临时大学工学院由北洋工学院和北平大学工学院共同组成，工学院下开设6个系，分别是土木工程系、矿业工程系、机械工程系、电机工程系、化学工程系和纺织工程系。1938年国立北平大学、国立北平师范大学、国立北洋工学院共同组合成为国立西北联合大学，西北联大仍然设有六个学院，其中的西北工学院由北洋工学院、北平大学工学院、东北大学工学院以及私立焦作工学院联合组成，并且西北工学院汇集四所学校的设备、师资以及办学经验等，成为一所独立的院校。西北工学院在原有6个系的基础上，增设了水利工程系和航空工程系，加上原有的土木工程系、电机工程系、化学工程系、纺织工程系、机械工程系和矿冶工程系组建成为包括8个系规模的工学院。1945年，日本帝国主义无条件投降后，西北工学院部分师生陆续返津，北洋大学逐渐复校。1水利工程学系教育教学工作1928年高镜莹7任测量学兼水力学讲师，1933年，邓曰谟8教授担任北洋工学院水力机及材料试验教授9，王华棠10担任水利工程讲师，1935年，何之泰11担任筑港工学、灌溉工程、水力学实验等课程的教学，张国藩教授物理及水利学实验课程。1937年后，由于战争时期情况艰苦而且混乱，北洋工学院有一段被日军占领的时期，日军将学院占据后改为兵营，并毁坏了大量的仪器设备，而且导致了北洋工学院的师生无法开展正常的教育教学。在经历了艰难的西迁过程后，在组建西安临时大学时期学校的筹备委员会要对师资进行新的遴选和聘任并收容北方的学生，西安临时大学工学院土木工程系的系主任由周宗莲12教授兼任，李仪祉13教授任名誉教授，同时还有刘德润14教授和赵玉振（今声）15教授任职。1938年后，北洋工学院成为西北工学院组成的一部分，水利工程系由原来北洋工学院土木系的水利组单独分出，成为一个独立的系，由李书田教授兼任水利工程系的主任，刘5北洋大学天津大学校史编辑委员会北洋大学天津大学校史M天津天津大学出版社，19902346北洋大学天津大学校史编辑委员会北洋大学天津大学校史M天津天津大学出版社，19902357高镜莹（19011995），天津人，水利专家，1921年毕业于清华大学，1925年在美国密歇根大学获得工程硕士学位，1927年回国后历任东北大学、北洋工学院等高校教授职及工程师等职。8邓曰谟（18961984），广东香山人，1920年毕业于北洋大学矿冶系，1921年曾赴美实习，毕生从事机械工程方面的教学与研究。9北洋大学天津大学校史编辑委员会北洋大学天津大学校史M天津天津大学出版社，199014710王华棠（19031991），河北赵县人，1926年毕业于唐山交通大学铁路工程系，1927年毕业于美国康奈尔大学铁路及水利工程系，先后担任与水利相关的工程技师及高校教授，著有华北水利五十年。11何之泰（19021970），字叔通，龙游詹家乡人，于美国康奈尔大学研究院涂膜工程硕士学位和爱荷华大学研究院水利工程博士学位后，于1933年回国，先后担任高校工程专业教授以及在水利工程相关部门任职，服务于我国水利工程事业。12周宗莲（1910），湖南汉寿人，近代水力学家，教育家，1924年考入北洋大学，1934年考取公费留学到英国曼彻斯特大学专攻水利工程，归国后历任北洋工学院土木工程系主任及先后在众多水利及发展委员会任工程师及设计师等职。13李仪祉（18821938），近代著名水利科学家、工程师，1904年考入京师大学堂就读，多次赴德国留学，后专攻水利，回国后曾任陕西省水利局局长并兼任工程师，也曾担任多所高校教授，主持多项我国水利工程。14刘德润（19071994），河南安阳人，1932年毕业于北洋工学院土木系，后留学美国爱荷华大学研究水利，获博士学位后回国，先后任北洋工学院、西北联大、西北工学院教授，历任水利部门管理人员、顾问及工程师等任。编著普通水力学（上、下册）。15赵玉振（19032000），河北新集人，1926年毕业于香港大学，后留学印尼，曾任天津大学教授、副校长等值，主编港口工程、海岸河口动力学等教科书，为我国相关学科的教育教学做出了巨大贡献。德润教授也兼任过代水利工程系主任。表1国立西北工学院水利工程学系教职员录16职务姓名别号籍贯李书田耕砚水利工程及军事工程教授周宗莲泽书湖南汉寿水力学及水利工程教授刘德润敬修河南安阳水利及卫生工程教授田鸿宾17鹿鸣辽宁法库水利工程教授彭荣阁18延贤河北曲阳水利工程助教李登奎江苏松江水利工程助教梁锡伯善西山东莱阳将上述提到从北洋大学到西北工学院时期曾经担任过水力相关课程教学的人员及其职务与学习经历列表如下表2水力学相关课程教学人员职务与学习经历姓名职务本科院校留洋经历高镜莹测量学兼水力学讲师清华大学美国密歇根大学邓曰谟北洋工学院水力机及材料试验教授北洋大学矿冶系美国工厂实习王华棠水利工程讲师唐山交通大学铁路工程系美国康奈尔大学何之泰筑港工学、灌溉工程、水力学实验教授南京河海工科专门学校美国康奈尔大学、爱荷华大学张国藩物理及水利学实验教授上海沪江大学美国康奈尔大学、爱荷华大学李仪祉西安临时大学工学院土木工程系名誉教授京师大学堂德国柏林皇家工程大学赵玉振（今声）西安临时大学工学院土木工程系教授香港大学工科土木工程专业印尼李书田北洋工学院院长、西北工学院水利工程系主任北洋大学土木系美国康奈尔大学周宗莲水利工程及军事工程教授北洋大学土木系英国曼彻斯特大学刘德润西北工学院水力学及水利工程教授北洋大学土木系美国爱荷华大学田鸿宾西北工学院水利及卫生工程教授东北大学土木科美国伊利诺斯大学彭荣阁西北工学院水利工程教授交通大学唐山工学院土木系美国爱荷华大学研究院李登奎西北工学院水利工程助教北洋工学院土木系梁锡伯西北工学院水利工程助教北洋工学院土木系从上表不难看出以下几点首先，水力学相关的教职人员本科毕业院校以北洋大学（或称北洋工学院）居多，两位助教也都是北洋工学院土木系培养的学生，这不仅体现出16国立西北工学院教职员录西安陕西省档案馆，全宗号61，目录号2，案卷号15717田鸿宾（19061972），毕业于东北大学土木科，后留学美国康奈尔大学获卫生工程硕士学位，曾任西北工学院教授，建国后任先交通大学副校长、陕西工业大学校长等职。18彭荣阁（1907），河北曲阳人，在美国爱荷华大学研究院学习水利工程获得硕士学位后归国，历任多所院校教授，1985年曾获得中国水利学会从事水利工作50年以上老专家荣誉证书。了北洋“实事求是”“严谨治学”的校风以及各项规章制度对学生的严格要求使得学生学有所成，基础知识扎实以及能够胜任教育教学的工作，更能体现出曾经从北洋大学或北洋工学院毕业的学子对培养自己的学校具有浓厚的情感，在回国后选择以自己所学、自身所长来报效祖国和母校。其次，除助教外，各位讲师和教授都有出国留学的经历，其中邓曰谟教授本科从北洋大学矿冶系毕业后，先后在美国芝加哥的GARYWORKS钢铁厂和ALLISCHALMERS机电厂实习，实习期间研究了钢铁厂的实验仪器、水力机与发电机的制造等，实习约2年后回到国内。赵今声教授从香港大学毕业后，留学南阳（印尼），以及周宗莲教授留学英国、李仪祉名誉教授多次留学德国以外，其他教授均为美国留学归国学者，对比清华大学工学院、国立北平大学工学院的教授留学经历可以发现，几所工学院教授的留学经历相类似，以欧美留学归国的教授占了绝大部分，也可以体现出当时工学院教授人员学习经历的类似性以及欧美留学归国人员对我国工科教育的发展所起到的重要的作用。2航空工程学系教育教学工作北洋工学院早在1934年就成立了“国立北洋工学院飞机工程研究会”。下设五个组即空气动力静力学组，内燃机学组，飞机制造学组，飞机场建筑学组合飞行术学组。191935年北洋工学院机械工程学系分设两个工程组，分别是机械工程组和航空工程组，此时讲授航空相关课程的教授有秦大钧20、李锦安、张国藩和邓曰谟（邓曰谟教授材料学），张凤岗为助教21。西北工学院单独设校时期，航空工程系由原来北洋工学院机械系的航空机械组单独分出，成为一个独立的系，由罗明燏22教授兼任航空工程系的主任。在此之前航空工程一直是结合在机械工程系中，机械工程系三年级时会学习水力学实验、水力机学，四年级时会学习飞机工程学等相关科目23。以航空工程系在西北工学院开设为标志，1938年时在航空工程系任职的教学人员有表3国立西北工学院航空工程学系教职员录24职务姓名别号籍贯罗明燏空气动力学及物理学教授张国藩铁屏湖北安陆飞机发动机教授张创海曼江西新建航空工程助教谭振华广东中山表4航空工程系空气动力学相关课程教学人员职务与学习经历姓名职务本科院校留洋经历秦大钧空气动力学教授国立东南大学德国阿亨工业大学罗明燏航空工程系主任，讲授飞机及结构学唐山交通大学土木工程系美国马萨诸塞理工学院张国藩空气动力学及物理学教授上海沪江大学美国康奈尔大学、爱荷华大学19魏励勇记北洋工学院机械系特别机械组J航空史研究，1994,035520秦大钧（19121981），江苏无锡人，航空专家、教育家，1924年毕业于国立东南大学，1934年于德国阿亨工业大学获得航空工学博士，回国后曾任中国航空研究院院长，台湾省立工学院院长、成功大学校长等，著有航空动力学概论。21戴昌辉前国立北洋工学院航空工程系概况回忆J航空史研究，1994,035322罗明燏（19051987），广东番禺人，本科毕业于唐山交通大学土木工程系，后留学美国，回国后对土木、造船、航空工程等方面涉及的力学理论深有研究。23北洋大学天津大学校史编辑委员会北洋大学天津大学校史M天津天津大学出版社，199016824国立西北工学院教职员录西安陕西省档案馆，全宗号61，目录号2，案卷号157笔者暂未查到李锦安、张创的毕业院校。航空系的教师较少，但是也可以看出任职的教师张凤岗与谭振华两位助教都毕业于北洋工学院，张凤岗为机械工程系二十四年班1931年入学生，谭振华为机械工程系二十七年班（航空组）1934年入学生。3工作及贡献31设立水工实验室随着世界范围力学的迅速发展，实验已经成为力学研究中必不可少的科研手段，水力学的发展也是如此，1891年德国建立了世界上第一所水工实验室，水工实验通过用模型模拟相应流体的现象，探讨在实际条件下可能出现的状况及结果，为工程上的设计与建筑提供实验参考依据。李书田教授从1927年秋季起，接受了北洋大学的聘任，担任土木工程系的教授一职，1932年受聘成为国立北洋工学院的代理院长，1934年起正式接受聘请成为北洋工学院的院长。李书田教授在任期间，积极推行工程教育，土木系添设水利工程组、机械系添设航空工程组都是与其密不可分的。作为华北水利委员会的委员，李书田与委员会主席李仪祉教授多次在相关会议上提出在我国设立水工试验馆的提案。在1933年9月15日，华北水利委员会第十八次大会决定实施试验所工程，为了便于工作的展开，成立了董事会，李仪祉任董事会的董事长，李书田任副董事兼任会计，水工试验所的筹建工作逐渐有其他单位加入，其中就包括国立北洋工学院。中国第一水工试验所从1935年落成后至1937年“七七事变”爆发前进行了关于河流及其他明渠流试验及工程模型试验、有压管流试验、较正流速仪、地基试验如土压力等25的试验，1937年“七七事变”后中国第一水工试验所被毁。在北洋工学院西迁之后，国立西北联合大学时期，李书田、周宗莲、刘德润、常锡厚等几位教授联合写了国立西北联合大学水工实验设备初步计划书，再次设立水工实验室一方面可以便于教师与学生关于水力知识的讲解与学习，另一方面也有利于当时学校所处的西北地区的水利问题研究。又加上当时所处抗战时期，财力物力上都有所限制，所以再设的水工实验室工作预计为仅作雏型之设备至于初期之工作，除水力学上各种基本实验外，并注重西北各项实际问题之研究，如西北灌溉问题，黄河上游之导治及黄河流域仿冲之策划等。26预算包括了房屋、实验储水设备、取水设备、运水设备、量水及量水实验设备、水力实验设备、河工实验设备、工厂及各种工具等多项内容的详细设备与预计经费，而且本着以当下所需为主，尽力自制设备。水工实验所从19世纪末期起在世界范围内兴起，北洋工学院时期和西北工学院时期，工学院都参与和计划修建水工实验室并促进相关水利工程实验的发展，不仅有利于教师的教学和学生的学习，更促进了我国当时水力学的发展。32发表科研文章与出版书籍表5北洋工学院流体力学相关教师在校期间发表论文统计作者刊物时间文章名1933年美国灌溉区之用水量王华棠华北水利月刊1934年黄河中游调查报告水利月刊1934年黄河上流之水上交通何之泰北洋理工季刊1935年利用水之螺线形流动防沙入渠法25程鹏举，周魁一中国第一水工试验所始末J中国科技史料，1988,9（2）7726国立西北联合大学水工实验设备初步计划书西安陕西省档案馆，全宗号61，目录号2，案卷号241水利月刊1934年河底冲刷流速之测验水利1935年甘肃洮惠渠工程计划研究丛刊1936年考察广西水利报告浙江建设月刊1937年二十年浙江之水利水利1941年发展江西水利之我见刘德润北洋理工季刊1934年平面转动惯性与立体转动惯性之关系科学世界（1932年）1936年对于我国航空研究计划之管见秦大钧航空机械1940年飞机性能及其翼刨形之比较北洋理工季刊1936年军事工程施工设备1936年从压缩系数和膨胀系数求原子半径1936年从压缩系数和膨胀系数求分子半径张国藩气象杂志1937年应用关联系数时所当注意的几个问题因为不能确定几位负责与流体力学相关课程讲授的教师具体在北洋工学院或是西北工学院工作的时间，仅以大致时间为参考，梳理了为了教授发表科研论文的情况。可以看出各位教授发表文章的期刊多数是在水利相关刊物以及北洋工学院印发的期刊北洋理工季刊上。张国藩教授是我国近代较早研究流体力学的人之一，张国藩的科研成果主要集中在两个方面一是对分子物理学和原子物理学的研究；二是对湍流理论的研究。27在第